3.金属钛(Ti)被称为21世纪金属,在航海、航空、记忆和涂料方面应用广泛,TiO2是一种优良的光催化剂.20世纪科学家尝试用多种方法将金红石(TiO2)还原,发现金红石直接氯化是冶炼钛的关键步骤:
TiO2(s)+2Cl2(g)═TiCl4(g)+O2(g)△H=+1493kJ•mol-1,△S=+61J•K-1•mol-1
该反应发生温度高达2170℃,能耗大,对设备和生产要求几乎达到苛刻程度.目前科学家采用金红石加碳氯化方法,在较温和条件下成功制取TiCl4,为人类快速迈进钛合金时代做出了巨大贡献.金红石加碳氯化的主要反应如下:
反应Ⅰ:TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)$\stackrel{高温}{?}$TiCl4(g)+CO2(g)△H1,△S1=+64J•K-1•mol-1
反应Ⅱ:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)$\stackrel{高温}{?}$TiCl4(g)+2CO(g)△H2,△S2
已知:①C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-394.3kJ•mol-1
②2C(s)+O2(g)═2CO(g)△H=-222.3kJ•mol-1
请回答:
(1)反应Ⅰ的△H1=+1098.7kJ•mol-1
(2)对于气体参加的反应,表示平衡常数KP时,用气体组分B的平衡压强P(B)代替该气体物质的量浓度c(B),则反应Ⅰ的KP=$\frac{p(C{O}_{2})p(TiC{l}_{4})}{{p}^{2}(C{l}_{2})}$(用表达式表示).
(3)将金红石加碳氯化反应与金红石直接氯化反应比较,从焓变熵变的角度分析金红石加碳氯化能在较温和条件下成功制取TiCl4的原因焓变减小,熵变增大,有利于反应正向进行.
(4)在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂TiO2表面与H2O发生反应,2N2(g)+6H2O(1)═4NH3(g)+3O2(g)△H=+1530.4kJ•mol-1
进一步研究相同条件下NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表:
实验组别1234
T/K303313323353
NH3生成量/(10-6mol)4.85.96.02.0
O2生成量/(10-6mol)3.64.44.51.5
反应时间/h3333
容器体积/L2222
①请在图中画出上述反应在“有催化剂”与“无催化剂”两种情况下反应过程中体系能量随反应过程的变化趋势示意图(图中标明必要的文字说明).
②根据表中数据,在303K时,在3h内用氮气表示其平均反应速率为4×10-7mol•L-1•h-1.判断组别4中反应是否达到平衡状态否(填“是”或“否”),并说明理由反应正反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,则n(NH3)应大于6.0×10-6mol.
 0  155498  155506  155512  155516  155522  155524  155528  155534  155536  155542  155548  155552  155554  155558  155564  155566  155572  155576  155578  155582  155584  155588  155590  155592  155593  155594  155596  155597  155598  155600  155602  155606  155608  155612  155614  155618  155624  155626  155632  155636  155638  155642  155648  155654  155656  155662  155666  155668  155674  155678  155684  155692  203614 

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